PDF (Naskah Publikasi) - Universitas Muhammadiyah Surakarta

NASKAH PUBLIKASI
PEMANFAATAN FLYWHEEL MAGNET SEPEDA MOTOR DENGAN
8 RUMAH BELITAN SEBAGAI GENERATOR PADA PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO
Diajukan oleh :
ARI WIJAYANTO
D 400 100 014
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2014
i
0
PEMANFAATAN FLYWHEEL MAGNET SEPEDA MOTOR DENGAN 8
RUMAH BELITAN SEBAGAI GENERATOR PADA PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO
Ari Wijayanto
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani tromol pos 1 pabelan kartasura surakarta
[email protected]
ABSTRAKSI
Listrik merupakan salah satu kebutuhan primer untuk kehidupan manusia sehingga
diperlukan suatu pembangkit tenaga listrik. Pembuatan pembangkit listrik tenaga mikrohidro ini
bertujuan untuk mengetahui daya keluaran yang mampu dihasilkan oleh flywheel magnet sepeda
motor yang dilakukan pengujian di Waduk Botok, Mojodoyong, Kedawung, Sragen, Jawa
Tengah dan sekaligus memanfaatan energi terbarukan secara optimal terutama air.
Pemanfaatan aliran sungai di Waduk Botok untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
ini menggunakan kincir air tipe overshot. Desain kincir air dibuat sedemikian rupa agar dapat
memutar flywheel magnet secara maksimal, karena kincir air digunakan sebagai penggerak
awal. Sistem pembangkit ini memanfaatkan flywheel magnet sepeda motor sebagai pembangkit
listrik, kemudian diubah menggunakai inverter, sehingga menghasilkan keluaran tegangan AC.
Daya yang dihasilkan flywheel magnet dengan debit air sebesar 0,017016 (m3/s) dengan
kecepatan air 3 m/s mampu memutar flywheel magnet asli dan flywheel magnet modifikasi
dengan kecepatan putar flywheel magnet rata-rata 750 rpm. Daya DC yang dihasilkan flywheel
magnet saat dipasang beban lampu maksimal 22 watt flywheel magnet asli menghasilkan daya
DC sebesar 12,8 watt dan flywheel magnet modifikasi sebesar 12,4 watt, sedangkan daya AC
yang dihasilkan flywheel magnet saat dipasang beban lampu maksimal 22 watt flywheel magnet
asli mampu menghasilkan daya AC sebesar 11,3 watt dan flywheel magnet modifikasi sebesar
11,9 watt.
Kata kunci : Waduk, PLTMh, flywheel magnet, kincir air
1. Pendahuluan
Listrik
merupakan
salah
satu
kebutuhan primer untuk kehidupan manusia
sehingga diperlukan suatu pembangkit
tenaga listrik. Kebutuhan energi listrik yang
terus meningkat, maka diperlukan waktu
yang tidak sedikit untuk membangun suatu
pembangkit tenaga listrik. Diperlukan
adanya sumber energi alternatif untuk
mengatasi kelangkaan energi. Sumber daya
listrik alternatif yang dapat dikembangkan
berupa
pemanfaatkan
potensi
air.
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
adalah suatu pembangkit listrik skala kecil
yang menggunakan tenaga air sebagai
tenaga
penggeraknya,
dengan
cara
memanfaatkan tinggi terjunan (head) dan
jumlah debit air. Daerah pegunungan
memiliki potensi energi listrik yang besar
dalam bentuk air.
Sebagian daerah pegunungan terdapat
sumber mata air yang mengalir melalui
sungai-sungai. Ketinggian aliran sungai
tersebut dapat dimanfaatkan sebagai
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro.
Pada dasarnya, PLTMh memanfaatkan
1
energi potensial jatuhan air (head). Semakin
tinggi jatuhan air maka semakin besar energi
potensial yang dapat diubah menjadi energi
listrik. Mikrohidro bisa memanfaatkan
ketinggian air yang tidak terlalu besar,
misalnya dengan ketinggian air 2,5 meter.
Pengembangan Pembangkit Listrik
Tenaga Mikrohidro (PLTMh) cocok untuk
daerah terpencil atau pedesaan yang pada
umumnya masih banyak terdapat sumber
daya air terutama daerah yang masih banyak
ditumbuhi
pepohonan.
Pembangunan
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
(PLTMh) ditujukan untuk daerah-daerah
pedesaan yang memiliki potensi, dari
potensi itu hanya dimanfaatkan energinya
atau diambil energi potensialnya saja, tidak
banyak mempengaruhi lingkungan atau
mengurangi air untuk keperluan pertanian.
Aliran air merupakan salah satu
sumber penggerak yang bisa menggerakkan
kincir
air,
flywheel
magnet
bisa
dimanfaatkan pada Pembangkit Listrik
Tenaga Mikrohidro. Flywheel magnet
mampu menghasilkan
putaran
yang
menghasilkan energi listrik, sehingga dapat
digunakan
sebagai
energi
alternatif
kedepannya.
Upaya
membangun
Pembangkit
Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMh) adalah
upaya untuk mengajak masyarakat hidup
bersih dan peduli terhadap lingkungan
sekitar. Berdasarkan uraian tersebut, peneliti
melakukan penelitian tentang Pembangkit
Listrik
Tenaga
Mikrohidro
yang
memanfaatkan energi
aliran sungai di
Waduk Botok dan flywheel magnet sepeda
motor sebagai sumber pembangkit listrik.
2. Metode Penelitian
2.1 Jadwal Penelitian
Penelitian dengan judul pemanfaatan
flywheel magnet sepeda motor dengan 8
rumah belitan sebagai generator pada
pembangkit listrik tenaga mikrohidro
dimulai dari studi literatur, pembuatan
proposal sampai analisa data dan pembuatan
kesimpulan.
Alur dalam penelitian ini adalah :
a) Studi Literatur
Kajian penulis tentang referensireferensi yang berkaitan dengan penelitian
ini berupa buku, skripsi, jurnal publikasi,
tesis dan karya ilmiah tentang Pembangkit
Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMh).
b) Perizinan di Waduk Botok
Mengajukan surat izin kepada petugas
penjaga di Waduk Botok, Mojodoyong,
Kedawung, Sragen.
c) Pengambilan Data
Dalam penelitian untuk Pembangkit
Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMh)
menggunakan kincir tipe overshot di Waduk
Botok, Mojodoyong, Kedawung, Sragen.
Data yang harus dicatat antara lain :
a. Kecepatan putar flywheel magnet
b. Tegangan dan arus yang dihasilkan
flywheel magnet
d) Tahap Pengolahan Data
Langkah-langkah yang akan dilakukan
sebagai berikut :
a. Merancang rangka besi alat pembangkit.
b. Merancang dudukan generator (flywheel
magnet), kincir air dan memasang v-belt.
c. Menguji dan mengukur keluaran daya
dari generator (flywheel magnet).
d. Menganalisis hasil dari pengujian alat.
e. Membuat kesimpulan dengan melihat
hasil dari pengujian yang telah dilakukan.
e) Analisis Data
Analisis Data yang dilakukan
dalam pengujian ini adalah Menganalisis
hasil dari pengujian, mengetahui keluaran
daya dari generator (flywheel magnet)
dengan memasukkan data yang ada dan
dihitung
menggunakan
rumus
berdasarkan teori yang dibahas dalam
penelitian ini.
f) Kesimpulan dan Saran
Pengambilan kesimpulan dan saran
dilakukan dengan melihat hasil dari
pengujian sistem yang telah dilakukan.
2
2.2 Alat
Peralatan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah :
a) Multimeter dan tang ampere (clamp
ampere untuk mengetahui arus dan
tegangan
b) Tachometer untuk mengukur kecepatan
putar flywheel magnet.
c) Laptop digunakan untuk pengoperasian
data dan pembuatan laporan.
2.3 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah :
a) Pipa PVC dengan diameter 8,5 cm.
b) Besi As,
c) V – Belt A-54
d) Puli dengan perbandingan 2:13
e) Kincir air
f) Regulator (kiprok),
g) Inverter
h) Stop kontak dan lampu AC
i) Flywheel magnet
Tabel 1. Klasifikasi flywheel magnet
Flywheel Jumlah
Diameter
Jumlah
Rumah
kawat email
belitan
(mm)
Asli
8
1
480
Modifikasi
8
0.9
768
magnet
2.4 Diagram Alur Penelitian
a) Urutan dari Penelitian
Penelitian diawali dengan pembuatan
alat dimulai dari pembuatan kincir air,
pemasangan puli pada poros kincir dan
flywheel magnet. Ampere meter, volt meter,
inverter di pasang pada rangka besi. Poros
pada kincir dan flywheel magnet di pasang
puli dengan perbandingan 2:13 dan
dihubungkan
menggunakan
V-Belt.
Kemudian
dari
flywheel
magnet
dihubungkan ke regulator (kiprok), dari
regulator dihubungkan ke ampere dan volt
meter yang digunakan untuk mengetahui
arus dan tegangan DC yang dihasilkan oleh
flywheel magnet. Kemudian dihubungkan
dengan inverter untuk mengubah tegangan
DC menjadi AC.
Pengambilan data berupa kecepatan
putar, tegangan dan arus flywheel magnet.
Setelah hasil penelitian tersebut didapat,
dilanjutkan dengan menganalisis data yang
telah diperoleh. Penulis menyusun laporan
penelitian tersebut, penelitian tersebut
diakhiri dengan melaporkan hasil penelitian
tersebut kepada beberapa dosen yang telah
ditentukan.
lilitan
Gambar 1. Bagan pengujian alat
3
b) Flowchart Penelitian
Gambar 2. Flowchart penelitian
3. Hasil Pengujian dan Pembahasan
a) Hasil Pengujian
Hasil pengujian flywheel magnet asli
dengan kecepatan putar rata-rata 750 rpm,
menggunakan pipa berdiameter 8,5 cm dan
kecepatan air 3 m/s, data yang diambil
dalam pengujian ini adalah kecepatan putar
flywheel magnet, tegangan DC dan arus DC
yang dihasilkan oleh flywheel magnet,
tegangan AC dan arus AC yang dihasilkan
oleh inverter.
Dalam pengujian ini debit air yang
mengalir pada pipa dapat diperoleh dengan
cara perhitungan sebagai berikut :
Luas penampang pipa :
A  14 D 2
= ¼ . 3,14 . (0,085)2
= 0,785 . 0,007225
= 0,0056716 m
Debit air yang mengalir pada pipa :
Q  Av
= 0,005672 . 3
= 0,017016 (m3/s)
Hasil pengujian flywheel magnet asli
dengan kecepatan putar rata-rata 750 rpm,
menggunakan pipa berdiameter 8,5 cm dan
kecepatan air 3 m/s dapat dilihat di tabel 2.
Sedangkan hasil pengujian flywheel magnet
modifikasi dengan kecepatan putar rata-rata
flywheel magnet 750 rpm, menggunakan
pipa berdiameter 8,5 cm dan kecepatan air 3
m/s dapat dilihat pada tabel 3.
4
Tabel 2. Hasil pengujian flywheel magnet asli menggunakan pipa berdiameter 8,5 cm dan
kecepatan air 3 m/s.
Debit air
Putaran
Arus AC Arus DC Tegangan Tegangan Beban
(m3/s)
0,017016
flywheel
(ampere)
(ampere)
AC (volt)
DC (volt)
lampu
magnet
AC
(rpm)
(watt)
0,06
0,89
185
12
7
0,06
1
180
10,5
15
0,06
1,05
180
11
20
0,07
1,28
190
10
22
750
Tabel 3. Hasil pengujian flywheel magnet modifikasi menggunakan pipa berdiameter 8,5 cm dan
kecepatan air 3 m/s.
Debit air
Putaran
Arus AC Arus DC Tegangan Tegangan Beban
(m3/s)
0,017016
flywheel
(ampere)
(ampere)
AC (volt)
DC (volt)
lampu
magnet
AC
(rpm)
(watt)
0,06
0,86
180
11
7
0,06
0,96
185
10,5
15
0,07
1,04
185
11
20
0,08
1,24
175
10
22
750
Dari tabel diatas Arus AC merupakan
arus yang keluar dari inverter (setelah
inverter), arus DC merupakan arus yang
keluar dari flywheel magnet (sebelum masuk
ke inverter), tegangan AC merupakan
tegangan yang keluar dari inverter (setelah
inverter), tegangan DC merupakan tegangan
yang keluar dari flywheel magnet (sebelum
masuk ke inverter). Beban lampu AC
merupakan beban yang terpasang di inverter
(setelah inverter).
Hasil dari pengujian flywheel magnet
asli dan flywheel magnet modifikasi pada
tabel 2 dan tabel 3 dapat juga dilihat pada
gambar 3, gambar 4, gambar 5 dan gambar
6. dibawah ini :
5
Gambar 3. Diagram tegangan DC dan
tegangan AC terhadap beban pada flywheel
magnet asli (original)
Gambar 4. Diagram arus DC dan arus AC
terhadap beban pada flywheel magnet asli
Gambar 5. Diagram tegangan DC dan
tegangan AC terhadap beban pada flywheel
magnet modifikasi
Gambar 6. Diagram arus DC dan arus AC
terhadap beban pada flywheel magnet
modifikasi
b) Pembahasan Data Pengujian
Pengujian
menunjukkan
bahwa
dengan kecepatan putar rata-rata flywheel
magnet 750 rpm, flywheel magnet asli dan
flywheel magnet modifikasi menghasilkan
tegangan AC dan DC, arus AC dan DC
dengan beban yang sudah ditentukan. Hasil
pengukuran daya yang dihasilkan flywheel
magnet dapat dilihat pada tabel 4 dan tabel 5
Daya DC yang dihasilkan oleh
flywheel magnet dapat diperoleh dengan
cara menghitung sebagai berikut :
1. flywheel magnet asli
a. Beban 7 watt
P =V.I
= 12 . 0,89
= 10,6 watt
b. Beban 15 watt
P =V.I
= 10,5 . 1
= 10,5 watt
c. Beban 20 watt
P =V.I
= 11 . 1,05
= 11,5 watt
d. Beban 22 watt
P =V.I
= 10 . 1,28
= 12,8 watt
6
2. flywheel magnet modifikasi
a. Beban 7 watt
P =V.I
= 11 . 0,86
= 9,46 watt
2. flywheel magnet modifikasi
a. Beban 7 watt
P = V . I . cos ϕ
= 180 . 0,06 . 0,85
= 9,18 watt
b. Beban 15 watt
P =V.I
= 10,5 . 0,96
= 10,08 watt
b. Beban 15 watt
P = V . I . cos ϕ
= 185 . 0,06 . 0,85
= 9,4 watt
c. Beban 20 watt
P =V.I
= 11 . 1,04
= 11,44 watt
c.
Beban 20 watt
P = V . I . cos ϕ
= 185 . 0,07 . 0,85
= 11 watt
d. Beban 22 watt
P =V.I
= 10 . 1,24
= 12,4 watt
d.
Beban 22 watt
P = V . I . cos ϕ
= 175 . 0,08 . 0,85
= 11,9 watt
Daya AC yang dihasilkan oleh
flywheel magnet dapat diperoleh dengan
cara menghitung sebagai berikut :
1. flywheel magnet asli
a. Beban 7 watt
P = V . I . cos ϕ
= 185 . 0,06 . 0,85
= 9,4 watt
b.
Beban 15 watt
P = V . I . cos ϕ
= 180 . 0,06 . 0,85
= 9,18 watt
c.
Beban 20 watt
P = V . I . cos ϕ
= 180 . 0,06 . 0,85
= 9,2 watt
d.
Beban 22 watt
P = V . I . cos ϕ
= 190 . 0,07 . 0,85
= 11,3 watt
Dari tabel 4. Dibawah, arus DC
merupakan arus dari flywheel magnet
(sebelum masuk ke inverter), tegangan DC
merupakan tegangan yang keluar dari
flywheel magnet
(sebelum masuk ke
inverter), daya DC merupakan daya yang
diketahui melalui perhitungan menggunakan
rumus dan daya tersebut berada sebelum
inverter.
Dari tabel 5. Dibawah, arus AC
merupakan arus dari flywheel magnet
(setelah inverter), tegangan AC merupakan
tegangan yang keluar dari flywheel magnet
(setelah inverter), daya AC merupakan daya
yang
diketahui
melalui
perhitungan
menggunakan rumus dan daya tersebut
berada setelah inverter.
7
Tabel 4. Hasil pengukuran daya DC flywheel magnet asli dan flywheel magnet modifikasi.
Flywheel
Arus DC
Tegangan DC Daya DC
Beban lampu
magnet
(ampere)
(volt)
(watt)
(watt)
0,89
12
10,6
7
Asli
1
10,5
10,5
15
(Original)
1,05
11
11,5
20
1,28
10
12,8
22
0,86
11
9,46
7
0,96
10,5
10,08
15
1,04
11
11,44
20
1,24
10
12,4
22
Modifikasi
Tabel 5. Hasil pengukuran daya AC flywheel magnet asli flywheel magnet modifikasi
Flywheel
Arus AC
Tegangan AC Daya AC
Beban lampu
magnet
(ampere)
(volt)
(watt)
(watt)
0,06
185
9,4
7
Asli
0,06
180
9,18
15
(Original)
0,06
180
9,2
20
0,07
190
11,3
22
0,06
180
9,18
7
0,06
185
9,4
15
0,07
185
11
20
0,08
175
11,9
22
Modifikasi
Hasil pengujian daya DC dan daya AC
pada flywheel magnet asli dan flywheel
magnet modifikasi dapat juga dilihat pada
gambar 7 dan gambar 8 di bawah ini :
8
Tabel 6. Hasil perhitungan daya yang
dihasilkan oleh kincir air dengan pipa
berdiameter 8,5 cm dan kecepatan air 3 m/s
Hasil dari data di atas juga dapat
dilihat pada gambar 9.
Gambar 7.
Diagram perhitungan daya
DC terhadap beban pada flywheel magnet
asli dan flywheel magnet modifikasi
Gambar 9.
Diagram
batang
hasil
perhitungan daya yang dihasilkan oleh
kincir air
Gambar 8.
Diagram batang perhitungan
daya AC terhadap beban pada flywheel
magnet asli dan flywheel magnet modifikasi.
Total energi yang tersedia dari suatu
penampungan air merupakan energi
potensial air yaitu :
Ep = mgh ................................. ( 1 )
Sebelumnya mencari massa air (m) karena
belum diketahui
m ........................................ ( 2 )

V
c) Pembahasan Potensi Energi Air
Daya kincir air yang dihasilkan pada
pengujian alat ini dapat dilihat pada tabel 6.
Daya kincir air tersebut diperoleh dengan
cara perhitungan dengan menggunakan
rumus sebagai berikut :
P = ρ.g.Q.h.ilt
= 1000 . 9,81 . (0,017016 . 2 . 0,8)
= 9810 . 0,0272256
= 267,08314 watt
Perhitungan energi potensial
sungai:
V =p.l.t
= 50 . 3 . 0,3
= 45 m3
1000 
air
pada
m
45
m = 1000 . 45
= 45.000 kg
Ep = mgh
= 45000 . 9,81 . 2
= 882900 joule
9
Perhitungan energi potensial air pada pipa :
V  ( 14 D 2 )l
= (1/4 . 3,14 . (8,5)2 ) . 670
= 56,716 . 670
= 37999,88 cm3
= 0,0379 m3
1000 
m
0,0379
m = 1000 . 0,0379
= 37,9 kg
Ep = mgh
= 37,9 . 9,81 . 2
= 743,6 joule
Total energi yang tersedia dari suatu
penampungan air merupakan energi
potensial air.
Perhitungan energi kinetik air pada sungai :
Ek 
1
mv 2
2
= ½ . 45000 . (3)2
= 22500 . 9 = 202500 joule
Perhitungan energi kinetik air pada pipa :
Ek 
1
mv 2
2
= ½ . 37,9 . (3)2
= 18,95 . 9
= 170,55 joule
Tabel 7 Hasil perhitungan energi potensial air
Tabel 8 Hasil perhitungan energi kinetik air
4. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian dan analisa
pemanfaatan aliran sungai Waduk Botok
untuk
Pembangkit
Listrik
Tenaga
Mikrohidro menggunakan kincir air tipe
overshot di Waduk Botok, Mojodoyong,
Kedawung, Sragen, Jawa Tengah. Hasil
pengujian menunjukkan bahwa daya DC
yang dihasilkan flywheel magnet asli saat
dipasang beban lampu maksimal 22 watt
menghasilkan daya DC sebesar 12,8 watt
dan flywheel magnet modifikasi saat
dipasang beban lampu maksimal 22 watt
menghasilkan daya DC sebesar 12,4 watt,
sedangkan daya AC yang dihasilkan
flywheel magnet asli saat dipasang beban
lampu maksimal 22 watt menghasilkan daya
AC sebesar 11,3 watt, dan flywheel magnet
modifikasi saat dipasang beban lampu
maksimal 22 watt menghasilkan daya AC
sebesar 11,9 watt.
DAFTAR PUSTAKA
Budiman, Aris. Asy’ari, Hasyim. Hakim,
Arif Rahman. Desain Generator Magnet
Permanen Untuk Sepeda Listrik. Jurnal
Teknik Elektro Fakultas Teknik UMS,
Vol. 12 No. 01 ISSN 1411-8890.
Damastuti, Anya P. 1997. Pembangkit
Listrik Tenaga Mikrohidro. Sumber:
http://www.elsppat.or.id/download/file/w
8_a6.pdf
Djajusman Hadi, S.Sos. M.AB dan
Budiharto, S.Pd. 1998. Artikel kincir air
kaki angsa dan inovasi listrik Mikrohidro
Sumber: http://www.kendali.net/
Jalius, Jama. Dkk. 2008. Teknik Sepeda
Motor Jilid 1 Untuk Sekolah Menengah
Kejuruan. Jakarta.
Marsudi, Djiteng. 2011. Pembangkitan
Energi Listrik Edisi Kedua. Jakarta:
Erlangga.
Paryatmo, Wibowo. 2007. Turbin Air.
Yogyakarta: Graha Ilmu.
10